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汽车铝轮毂用电镀效果粉末涂料的应用研究
2021年01月07日    阅读量:777    新闻来源:马焕明、史中平、杜云鹏、张胜超、高庆福 广州擎天材料科技有限公司  |  投稿

摘要

介绍电镀银特效粉末涂料在铝轮毂上的应用,分析配方中混合聚酯羧基树脂、环氧树脂、流平剂、银粉特效排列助剂等对涂层的影响,通过表面罩丙烯酸透明粉对轮毂进行力学性能检测和涂膜性能测试,并解决相应的问题,进一步探讨底面合一电镀效果粉末涂料代替汽车银漆在施工上的可能性。 


1 引言

国内汽车行业近年来高速发展,2018年中国汽车生产突破300万台,销售295万台,中国逐步成为汽车的销售大国和使用大国,汽车生产的整个产业链在中国日趋完善,国家十三五规划对汽车产业发展提出新要求,加大汽车自主产业力度,向新能源汽车领域探索发展,可预见汽车发展未来一片蓝海。

粉末涂料应用已经辐射到汽车涂装的各个领域,受环保政策“漆改粉”的产业推动,结合汽车铝轮毂行业的自身特点, 粉末涂料会逐步取代原有的汽车零部件喷漆涂装,选用不含挥发性的有机化合物涂料,将在汽车行业得到快速发展涂料在线coatingol.com。 

汽车铝轮毂作为汽车的关键的零部件,各大车轮厂商在探寻新的生产新工艺。现在汽车轮毂的工艺流程是:第一,喷涂粉末涂料底漆(20min@180℃烘干);第二,喷涂水性面漆;第三,喷涂水性透明漆或者粉末丙烯酸透明粉。本文介绍将现有的铝轮毂的三层涂覆工艺改成两层粉末喷涂工艺:第一,喷涂粉末(底面合一电镀银效果粉末涂层, 20min@180℃固化);第二层:喷涂丙烯酸罩光透明粉(如图 1所示)。减少中间的喷漆环节,粉末涂层即达到汽车银漆的性能,保证了铝轮毂的耐腐蚀和美观性,也极大地降低VOC,符合国家环保政策的严格要求,是铝轮毂涂装生产的产业新趋势。

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图1 涂装示意图


2 结果与讨论

2.1 树脂的选择 

根据铝轮毂油漆的特性要求,适合用于汽车铝轮毂表面喷涂粉末涂料必须要有高流平、透气性好、耐化学品性能优良等特点,这对粉末配方提出高要求。试验粉末配方选取环氧/聚酯体系,不同环氧当量环氧树脂和不同酸值聚酯树脂搭配,于180℃固化20min,涂膜会出现不同性能,涂膜的性能结果如表1所示。


表1 树脂性能对比

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根据实验对比,首先,不同聚酯树脂的胶化时间和流动各不相同,为制得合格流平和饱满度的电镀外观,要选择合适的聚酯树脂。聚酯树脂是由多元醇和多元酸进行缩聚反应制得,当聚酯树脂黏度大时,树脂中的多元醇TMP和多元酸TMA增加,树脂相对分子质量相应增加,聚酯树脂与环氧的相容性变差,涂层固化时树脂体系分散不好,表面流平效果差,产生橘皮,同时不利于浮银在涂层中向表面迁移。但选用聚酯树脂黏度过小,粉末涂层的胶化时间长、水平流动大,涂层中浮型铝粉均匀嵌在涂层中,来不及向表面迁移, 会产生严重的露底缩孔,对施工不利。为满足最终铝轮毂需求,选用树脂D,其黏度3200mPa·s、软化点105℃、玻璃化温度55℃,具有合适的黏度、胶化流动配比和优异流平性能,能保证产品一般性能,达到汽车轮毂的外观效果要求。 


其次,应选取合适的环氧树脂,以平衡与饱和羧基聚酯树脂的关系。试验选取环氧当量低(环氧值0.09~0.17eq/mg;软化点86~105℃)的环氧树脂,有助于环氧和聚酯树脂的相容性,使粉末涂层在铝轮毂表面流平性和饱满度更好, 更美观。当实验选取环氧当量高的环氧树脂时,环氧树脂随着环氧当量的增加,软化点、黏度增大,涂层的脆性相应增加,车轮毂样件表面复杂,极易出现涂层的开裂,不利于粉末的整体性能。


2.2 流平剂对性能的影响 

流平剂是粉末涂料配方中必不可少的助剂,在配方中添加0.5% ~1.5%的流平剂,可降低涂层的熔融黏度,使铝轮毂电镀银粉表面张力更加均匀,获得更好的流平度和饱满度。粉末涂料用流平剂多为100%固体流平剂,不同的流平剂的载体各不相同,一般为二氧化硅载体。根据轮毂的施工特殊性,选用流平剂的难题是克服与表面罩光丙烯酸附着力问题,其次是满足电镀银漆的高流平、高饱满度的特性。经过分析,流平剂A载体为二氧化硅,试验不同添加量的流平剂对底面合一的电镀涂层影响不同。在设计配方时添加1.5%的流平剂可获得轮毂涂层所需要的表面张力,表面张力在31mN/m时,电镀涂层流平性、饱满度符合轮毂要求,并且和丙烯酸透明层间的附着力最好。另外铝轮毂整体性能中CASS、碎石冲击等较为敏感因素也满足涂膜性能要求,可达到汽车轮毂靓丽的粉末涂料外观要求。


表2 流平剂用量对涂层外观的影响

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更详细的分析中,如图2,我们研究了流平剂用量与喷涂轮毂涂层饱满度和光泽的两个重要指标,流平剂用量少时,喷涂在铝轮毂表面的电镀涂层流平不充分,容易出现电镀黑银点,影响涂层美观。随着用量的增加,涂层流平充分,电镀银涂膜充分流平涂覆在轮毂表面(光泽可达到420),但当添加过量时涂层表面出现波浪式橘皮,同时涂层镜面效果变浑浊,光泽降低至200以下。同时选用流平剂时还应特别注意与客户喷涂现场已有粉末的兼容性问题。

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图2 流平剂用量对涂层橘皮和电镀光泽的作用


2.3 定向排列剂的选择 

达到电镀银漆效果外观的粉末是设计配方的难点,擎天电镀样粉可以做到400~500光泽,需要在配方中添加特殊的定向排列剂,具体指标见表3。设计配方时利用浮银与粉末润湿性差,当固化时粉末体系黏度增大,涂层中浮银受定向排列剂作用向上迁移,在铝轮毂表面形成均匀、致密、有序的电镀涂层。 

表3 定向排列剂的基本特性

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图3展示了定向排列剂添加量涂层光泽的关系,在配方调试过程中,定向排列剂推荐添加量0.3%~1.5%,助剂量小于0.5%时,添加起不到提高光泽的作用。当添加量大时,涂层表面会干涩,起雾严重影响铝轮毂的美观,添加量在0.7%~0.8%,电镀效果最佳,同时不影响表面罩光丙烯酸透明粉的重涂性能。


图3 定向排列剂用量对涂膜的影响

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2.4 罩光透明粉 

本底粉产品属于浮型铝银粉,浮型铝银粉表面未经过任何处理,耐候性差,轮子喷涂电镀粉末固化后,需要在车轮的表面罩丙烯酸透明粉,表面喷涂广州擎天材料科技有限公司的A-CL0306A(以产业化批量生产供给市场),以达到CASS、耐水和碎石打击等性能,符合铝轮毂的工业生产需求(样品见图4)。

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图4 汽车铝轮毂样品


2.5 施工条件的影响 

符合汽车用电镀粉末涂层还要求高的喷涂工艺,首先对戴卡的炉温进行现场跟踪测试,透明粉线温度160℃ (20min),戴卡普通线温度180℃ (20min),根据客户现场炉温,设定施工条件,调节金马喷枪电压70kV,气压65Nm3,电极5.2mg/m3,电流17μA的参数下喷涂,喷涂效果最好。另注意喷涂时应确保喷枪连续出粉,轮毂匀速转动,如有断粉和轮毂不匀速转动情况,极易出现橘皮。喷涂铝轮毂时应特别注意施工条件,具体情况根据客户的现场条件,进行适当调节。


3 汽车用铝轮毂涂料关键性能表征试验


铝轮毂作为汽车的重要部件,对涂层漆膜性能和二次性能同样有严苛要求,一定要达到汽配厂家的性能测试。在中信戴卡车轮实验室进行的性能试验(如表4所示)除高湿度暴露试验(耐水试验)稍差,其余基本已经达到了车轮的要求标准。


表4 涂膜二次性能测试结果

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针对在戴卡现场进行的实验,粉末耐水性能(冷凝水恒温试验)不足问题,主要表现在粉末电镀涂层和丙烯酸透明涂层中间银粉层发黑和附着力差,通过调整配方中羧基树脂、环氧的配比,提高熔融时粉末的整体黏度,同时减少配方中蜡粉助剂的用量,调节邦定浮银的用量,涂层的耐水性有针对在戴卡现场进行的实验,粉末耐水性能(冷凝水恒 温试验)不足问题,主要表现在粉末电镀涂层和丙烯酸透明 涂层中间银粉层发黑和附着力差,通过调整配方中羧基树 脂、环氧的配比,提高熔融时粉末的整体黏度,同时减少配方中蜡粉助剂的用量,调节邦定浮银的用量,涂层的耐水性有明显提高。经过调整后,单批次的轮块冷凝水恒温试验测试合格,但偶尔还是会出现发黑银点问题,通过提高丙烯酸喷涂线炉温,提高表层丙烯酸透明粉的固化温度和固化时间, 会使涂层间的黏贴附着力更好,有效解决涂层发黑问题。


4 结语


汽车铝轮毂底面合一电镀银效果粉末涂料的特点是省去车轮中间喷漆环节,喷涂两层粉末涂料的车轮即可以下线装车使用,同油漆相比具有表5特点。 


表5 粉末与油漆优势对比

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底面合一电镀银粉在铝轮毂上的应用可以达到油漆的相应标准,同时发挥代替油漆产品的优势,减少VOC排放, 保护环境,符合国家“漆改粉”政策标准,虽然产品还有一些性能不稳定因素存在,可以通过后续进一步试验改进,解决现有存在的问题。



标签:工业涂料辅料与设备涂装应用技术中心粉末涂料汽车漆涂装
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